Официальный дистрибьютор аналитического оборудования для лабораторий и промышленных производств телефон
RU
EN
+7 (495) 745-22-90, +7 (495) 745-22-91
leitest
   
 
Каталог продукции
Спецпредложения

Практические советы по измерению влажности

Наиболее распространенный источник ошибок при измерениях относительной влажности - это существующее различие между температурой датчика и окружающей среды. При относительной влажности в 50 %RH, различие температур в 1 °C (1.8 °F) в среднем приводит к ошибке в 3 %RH (относительной влажности).
При использовании датчика влажности с показывающим прибором, хорошей практикой считается отслеживание на дисплее прибора изменений показаний температуры и момента их стабилизации. Датчик должен находится в измеряемой среде достаточное время для установления равновесия. Чем больше первоначальное различие температур датчика и измеряемой среды, тем большее время понадобится для достижения равновесия. Это врем я можно сократить и избежать ошибок измерения, если использовать вариант датчика, специально предназначенный для Вашей задачи.
В чрезвычайных условиях, когда датчик холоднее, чем измеряемая среда, на сенсоре может происходить образование конденсата. До тех пор, пока установленные производителем для данного типа датчика предельные значения влажности и температуры не превышены, образование конденсата не должно повлиять на калибровку сенсора. Однако для получения правильных показаний датчик должен сначала высохнуть.
Неподвижный слой воздуха является прекрасным изолятором. В отсутствии конвекции и перемешивания измеряемой среды могут наблюдаться неожиданно большие колебания влажности и температуры даже на небольших расстояниях. Постоянный поток воздуха, обдувающий сенсор, как правило, обеспечивает более точные и быстрые измерения.

Единицы измерения влажности

Относительная влажность и активность воды
Относительная влажность является отношением двух давлений: %RH = 100 x p/ps, где p это текущее парциальное давление паров воды, присутствующих в воздухе, а ps это давление насыщенных паров воды (над поверхностью воды) при той же температуре.
Датчики относительной влажности обычно калибруются при нормальной комнатной температуре (выше нуля). Как следствие, считается, что этот тип датчиков отображает относительную влажность для воды при всех температурах (включая ниже нуля).
Давление паров надо льдом меньше, чем над жидкостью. Поэтому в присутствии льда насыщение наблюдается при относительной влажности меньше, чем 100 %. Например, показания влажности 75 %RH при температуре -30°C, соответствует насыщению надо льдом (выпадение инея).
Активность воды это та же относительная влажность за исключением того, что она отображается в долях: 100.0 %RH = 1.000 Aw.

Температура точки росы / точки инея
Температура точки росы влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) - это такая температура, до которой необходимо охладить данный воздух для достижения момента насыщения по отношению к воде (начала выпадения росы).
Температура точки инея влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) - это такая температура, до которой необходимо охладить данный воздух для достижения момента насыщения по отношению ко льду (начала выпадения инея).

Температура смоченного термометра
Температура смоченного (шарика) термометра для влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) - это такая температура, которую принимает воздух при данной температуре, при условии постепенного введения в него бесконечно малыми порциями воды, испаряющейся по адиабатическом у процессу при постоянном давлении до момента достижения насыщения.
Данный параметр используется для эмуляции работы психрометра.

Концентрация паров
Концентрация паров (плотность воды в смеси) или абсолютная влажность, опеределяется как отношение массы паров воды Mv к объему V, занимаемому смесью.
Dv = Mv / V , выражается в г/м3 или в grains/cu ft (гранах на кубический фут)
Это можно вывести из следующего уравнения PV = nRT:
a) Mv = n x mw, где :
n = число моль паров воды, присутствующих в объеме V
mw = молекулярная масса волы
b) Dv = Mv /.V = n x mw / V = mw x p / RT , где:
mw = 18.016 г
p = парциальной давление паров воды [Pa]
R = 8.31436 Pa x м3 / °K x моль
T = температура газовой смеси в °K
Dv [г/м3] = p / 0.4615 x T
Dv [gr/cuft] = 0.437 x Dv [г/м3]

Удельная влажность
Удельная влажность (также известная как массовая концентрация или содержание влаги во влажном воздухе) это отношение массы паров воды Mv к массе влажного воздуха (Mv + Ma), содержащего Mv паров воды.
Q = Mv / (Mv + Ma)
Q = p mw / (p mw + (Pb - p) ma)
Q [г/кг] = 1000 p / (1.6078 Pb - 0.6078 p)
Q [gr/lb] = 7 x Q [г/кг]

Соотношение смеси (содержание воды) по массе
Соотношение смеси r для влажного воздуха - это отношение массы паров воды Mv к массе сухого воздуха Ma , в котором эти пары содержаться:
r = Mv / Ma
Mv = n x mw = mw x p V / RT
Ma = n x ma = ma x pa V / RT = ma x (Pb - p) / RT, где:
mw = 18.016 г
ma = 28.966 г
p = парциальное давление паров воды [Pa]
pa = парциальное давление сухого воздуха [Pa]
Pb = общее или атмосферное давление [Pa]
R = 8.31436 Pa x м3 / °K x моль
T = температура газовой смеси в °K
r = mw p / ma (Pb - p)
r = 621.97 x p / (Pb - p) [г/кг]
r [gr/lb] = 7 x r [г/кг]

Энтальпия
Энтальпия (или "содержание" энергии) влажного воздуха при давлении Pb, температуре t (°C) и соотношении смеси r (г/кг) определяется следующим образом:
h [КДж/кг влаги] = 1.00464 t + 0.001846 r x t + 2.5 r
Замечание: принято, что энтальпия сухого воздуха ( r = 0 ) при 0°C равна нулю. Отрицательные значения энтальпии возможны и свидетельствуют, что содержание энергии в смеси воздух/пары воды меньше, чем ее содержание в сухом воздухе при 0°C.
1 lb = 0.4536 кг
1 BTU = 1.05507 КДж
h [BTU / lb] = 0.4299 x h [КДж/кг] + 7.68
Значение 7.68 добавлено, чтобы отнести значение энтальпии, выраженной в BTU/lb к температуре 0°F.

Погрешность расчета точки росы для гигрометров

Современные микропроцессорные гигрометры используют результаты определения относительной влажности и температуры для расчета других параметров, таки как точка росы, соотношение смеси, энтальпия и т.д. Данные преобразования имеют определенную погрешность, величина которой зависит от условий влажности и температуры. Типичные кривые погрешностей для расчета точки росы приведены на следующем графике:


Точность расчета точки росы с использованием гигрометров меньше той, что обычно можно достичь с применением приборов, работающих на принципе охлаждаемого зеркала. Это особенно верно для низких значений точки росы (более чем -40…-50 °C) и для низких температур. В большинстве приложений, воспроизводимость показаний важнее их правильности. Воспроизводимость расчета точки росы обычно составляет 1/3 от указанной выше погрешности. Использование расчетной точки росы позволяет производить измерения в условиях, когда неприменимы приборы с охлаждаемым зеркалом. Обычно, измерительная часть приборов с охлаждаемым зеркалом ограничена в условиях эксплуатации температурами до 70 °C. В дополнение к возможностям работать при высоких температурах, датчики относительной влажности имеют ряд значительных преимуществ для промышленных применений: меньше требований к обслуживанию, большая устойчивость к загрязнениям, отсутствие системы пробоотбора, отсутствие проблем с идентификацией росы и инея, и лучший отклик для быстро изменяющихся условий.

Измерение активности воды

Активность воды: определения и области применения

Определения
Вода - составная часть всех пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом определяется свойствами содержащейся в них воды.
W.J.Scott предложил использовать показатель "активность воды", который определяется как отношение парциального давления паров воды над продуктом к парциальному давлению водяного пара над чистой водой при данной температуре. На основании целого ряда исследований установлено, что показатель "активность воды" отражает степень активного участия воды в различных процессах, происходящих в пищевом продукте. В настоящее время экспериментальные данные позволяют заключить, что уровень активности воды оказывает влияние на интенсивность проходящих в продукте таких реакций, как окисление липидов, меланоидинообразование, активность ферментативных, микробиологических и других процессов.
Учитывая важность и большую информационность показателя активности воды, в странах Объединенной Европы его определение, наряду с показателями "влажность" и "концентрация водородных ионов", является обязательным при экспертизе ряда продуктов, а в США определение активности воды включено в инструкцию по контролю качества пищевых продуктов, а также лекарственных средств и препаратов.
В большинстве случаев, активность воды является функцией влагосодержания, химического состава, структуры, фазового состояния и температуры продукта. Для жидких сред за стандартное состояние принимается чистый растворитель.

Содержание влаги в продукте может быть определено как массовый процент воды по отношении к массе сухого продукта.
Продукты, в которых может содержаться влага, могут быть подразделены на две категории: гигроскопичные и негигроскопичные. К гигроскопичным материалам относятся соли, растительные волокна, большинство оксидов металлов, множество полимеров и т.д. Типичными представителями негигроскопичных материалов являются порошки металлов, стеклянные гранулы и т.д.
В отношении содержания влаги в продукте мы определили статическое равновесие как сочетание условий, при котором продукт больше не обменивается влагой с окружающим воздухом. В условиях статического равновесия, содержание влаги гигроскопичного продукта зависит от природы продукта и следующих двух факторов:
(a) парциального давления паров воды непосредственно окружении продукта
(b) температуры продукта
Если содержание влаги в продукте не зависит от этих двух факторов, то продукт негигроскопичен.
Гигроскопичные продукты могут поглощать влагу различными путями: сорбция с образованием гидрата, удерживаемого за счет поверхностной энергии, диффузия молекул воды в структуру материала, капиллярная конденсация, образование растворов и т.д. В зависимости от типа абсорбционного процесса, вода может более или менее прочно удерживаться продуктом. Содержащаяся в продукте влага может включать как иммобилизованную часть (например, воду в виде гидратов), так и активную (не связанную химически) часть.
Активность воды Aw (или равновесная относительная влажность %ERH) измеряет давление паров, генерируемое влагой, присутствующей в гигроскопичном продукте.
Aw = p / ps и %ERH = 100 x Aw, где:
p : парциальное давление паров воды над поверхностью продукта
ps : давление насыщения, или парциальное давление паров над чистой водой при температуре продукта
Активность воды отражает активную часть содержащейся влаги, или часть, которой продукт при нормальных условиях может обмениваться с окружающей средой.
Активность воды обычно определяется в условиях статического равновесия. При этих условиях, парциальное давление паров воды (p) у поверхности продукта равно парциальному давлению паров воды в окружающей продукт среде. Любой обмен влагой между продуктом и окружающей средой определяется различием между этим двумя давлениями.
Пары воды могут также присутствовать в газах или газовых смесях. Относительная влажность газа определяется как
%RH = 100 x p/ps, где
p - парциальное давление паров воды, присутствующих в газовой смеси
ps - давление насыщения, или парциальное давление паров над чистой водой при температуре газа

Активность воды (Aw) и температура
Как активность воды (материалы), так и относительная влажность (газы) соотносятся к давлению насыщения (ps) или парциальному давлению паров над чистой водой:
Aw = p / ps
%RH = 100 x p/ps
Давление насыщенных паров (ps) сильно зависит от температуры. При обычной комнатной температуре (ps) увеличивается примерно на 6.2% с каждым увеличением температуры на 1°C. В условиях открытого пространства ненасыщенного парами воды, парциальное давление паров воды (p) не изменяется с температурой. В условиях замкнутого пространства, (p) изменяется пропорционально температуре, выраженной в градусах Кельвина °K (°K = °C + 273.16). при нормальной комнатной температуре, изменения в парциальном давлении паров (p) вызываемые небольшим изменением температуры в °C практически незначимы. Поскольку (p) на зависит от температуры, в то время как (ps) зависит, относительная влажность газов (%RH = 100 x p/ps) сильно зависит от температуры. При относительной влажности 95 %RH и комнатной температуре, увеличение температуры на 1°C приводит к уменьшению относительной влажности примерно на 6 %RH. При относительной влажности 50 %RH и таком же увеличение температуры, уменьшение относительной влажности происходит примерно на 3 %RH.
Активность воды большинства гигроскопичных продуктов не так сильно зависит от температуры. При комнатных условиях данные исследований показывают, что активность воды изменяется, грубо, от 0.0005 до 0.005 Aw (0.05 to 0.5 %RH) при изменении температуры на 1°C.
Это объясняется тем фактом, что парциальное давление (p) над поверхностью продукта изменяется с температурой. Для большинства гигроскопичных продуктов величина изменения парциального давления водяных паров (p) с температурой над их поверхностью почти такая же (но не точно), как величина изменения парциального давления насыщенных водяных паров (ps) над чистой водой.
В итоге, изменение температуры вызывает изменение в парциальном давлении паров воды над гигроскопичным продуктом. В тоже время, парциальное давление паров воды в окружающем продукт воздухе практически не изменяется. Это приводит к тому, что любое изменение в температуре гигроскопичного продукта инициирует обмен влагой с воздухом (или газом) который его окружает. Обмен происходит до тех пор, пока парциальное давление паров воды над продуктом и в окружающем воздухе не выровняется. При измерении активности воды очень важно, по возможности, поддерживать температуру на постоянном уровне.

Применения
Активная часть содержащейся в веществе влаги, или, как теперь ясно, активность воды, обеспечивает более точную информацию по сравнению с общей влажностью, в отношении микробиологической, химической и ферментной стабильности скоропортящихся веществ, таких как продукты питания и семена. По тем же причинам, активность воды не менее значима и в фармацевтической промышленности, где она предоставляет полезную информацию относительно плотности (прочности) таблеток и пилюль или качества нанесения оболочек. Активность воды можно непосредственно сравнивать с относительной влажностью окружающего воздуха для предотвращения изменений в продукте (бумаге, фотографических пленках), для предохранения гигроскопичных порошков (сахарной пудры, соли) от слипания или окаменения, и т.д.
Активность воды может использоваться с некоторыми продуктами (преимущественно синтетическими) как способ косвенного определения общего влагосодержания. Для этих целей необходимо получение изотермы сорбции. Изотерма сорбции - это график, на котором показана связь между активностью воды и содержанием влаги при постоянной температуре. Для большинства природных веществ невозможно получить воспроизводимую изотерму сорбции и активность воды должна рассматриваться в отдельности от содержания влаги.



Определение активности воды в молочных продуктах
по материалам сайта ВНИМИ
Термин "активность воды" (англ. "water activity" - Aw) впервые был введен Скоттом в 1952 г., который доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
С этого времени Aw стала важнейшим параметром в консервной промышленности.
Само определение активности рассматривается как отношение фугитивности f (летучести) вещества в некотором состоянии к его фугитивности fs в каком-либо состоянии, принятом за стандартное.
Так как мы рассматриваем водные пищевые среды, то под фугитивностью вещества понимается некоторая величина парциального давления пара над продуктом.
Если за стандартное состояние принять давления пара над чистым растворителем (дистиллированная вода) отношение для Aw примет вид:
Аw = f / fs = p / ps, (1)
где: p - парциальное давление водяного пара над поверхностью продукта;
рs - давление насыщенного пара над чистой водой при температуре продукта.
Так как величина Аw носит термодинамический характер, т. е. характеризует равновесное давление паров воды при определенной температуре, она может быть определена как равновесная относительная влажность деленная на 100.
Аw = Rh / 100, (2)
где: Rh - равновесная относительная влажность, %
Отношение парциальных давлений паров над продуктом и чистым растворителем входит в основную термодинамическую формулу количественного определения энергии связи влаги с материалом (по П.А. Ребиндеру).
-*F = L = RT ln p / ps = RT ln Аw (Дж / моль), (3)
где:
*F - уменьшение свободной энергии системы;
L - работа отрыва 1 моля воды от материала (без изменения состава);
R- газовая постоянная;
Т- абсолютная температура.
На основании литературных данных в таблице 1 представлены величины Аw некоторых молочных продуктов.

Продукты
Aw Продукты Aw
Молоко цельное 0.990 - 0.995 Сгущенное стерилизованное молоко 0.960 - 0.970
Сливки 40 %- ной жирности 0.980 - 0.990 Сгущенное молоко с сахаром 0.820 - 0.850
Сыр 40 %- ной влажности 0.950 - 0.970 Сухое молоко 0.220 - 0.280

Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно - вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания. Величина Аw хорошо коррелирует со многими из них. Так понижение Аw от 1 до 0.2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций, кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра.
В настоящие время изучены и определены пороговые значения Аw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Аw , обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 - 0.99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Аw = 0.85 - 0.65. В частности, в молочно-консервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при Аw близкой к 0.70 и являться причиной брака сгущенных молочных консервов с сахаром.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
продукты с высокой влажностью (Аw = 1.0 - 0.9);
продукты с промежуточной влажностью (Аw = 0.9- 0.6);
продукты с низкой влажностью(Аw = 0.6 - 0.0).
О важности данного показателя говорит и то, что Американский Институт Технологов-Пищевиков на своем 50-летнем юбилее, отметил одним из десяти наиболее значимых нововведений в пищевой промышленности последнего полувека - концепцию активности воды, которая позволяет оценить степень подверженности сушеных продуктов и продуктов с промежуточной влажностью микробиологической и другой порче.
Таким образом, контролируя функционально-технологические показатели в продукте и, в частности, показатель Аw , можно прогнозировать его способность к хранению, что позволит создать "карты стабильности" молочных продуктов, и определить оптимальные условия их хранения.


Свежие новости
 
 
(с) 2012 Экоинструмент 119049, Москва, Крымский вал, д 3 стр.2 оф. 512
тел./факс +7 (495) 745-2290 (многоканальный)
О компании Контакты Проекты Сервис-центр Дилерам